ВПЛИВ ОБМЕЖЕНИХ ТА ІНТЕРФЕЙСНИХ ФОНОНІВ НА МІЖЗОННЕ ПОГЛИНАННЯ СВІТЛА У КВАНТОВИХ ТОЧКАХ CdS
DOI:
https://doi.org/10.32782/2450-8640.2022.1.10Ключові слова:
фактор Хуанга-Ріса, оптичні переходи, фонони, коефіцієнт поглинанняАнотація
Досліджено вплив обмежених та інтерфейсних фононів на коефіцієнт екситонного поглинання поляризованого світла від його частоти для сферичних квантових точок CdS, які поміщені у діелектричну матрицю SiO2. Враховано складну структуру валентної зони, а саме її виродження у точці Г, у моделі багатозонної ефективної маси. Обчислення проводились для різних температур (від гелієвих до кімнатних температур) і радіусів сферичної квантової точки гетероструктури CdS/SiO2. Досліджувалися такі розміри квантових точок, коли енергетичні рівні електрона та дірки достатньо віддалені один від одного. Визначено параметр електрон-фононної взаємодії (фактор Хуанга-Ріса) для різних радіусів квантових точок. Обчислено коефіцієнти поглинання, що зумовлені переходами носіїв заряду між найнижчими двома оптично активними рівнями у квантовій точці під впливом лінійно-поляризованого світла. Враховано дисперсію квантових точок за розмірами за допомогою розподілу Гауса. Максимальна дисперсія за розмірами становила 5%. Отримано на спектрах поглинання фононні повтори. Зроблено порівняння отриманих результатів із відповідними при врахуванні окремих гілок поляризаційних фононів.
Посилання
Rogach A.L., Franzl T., Klar T.A. and other. Aqueous Synthesis of Thiol-Capped CdTe Nanocrystals: State-of-the-Art. J. Phys. Chem. C. 2007. Vol. 111. P. 14628–14637. https://doi.org/10.1021/jp072463y.
Chin T.K.P., Stouwdam J. W., Bavel, S.S. et other. Nanotechnology. 2008. Vol. 19. P. 205602–205612. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/20/205602.
Hasselbarth A., Eychmuller E., and Well H. Chem. Phys. Lett. 1993. Vol. 203. P. 271–276. https://doi.org/10.1016/0009-2614(93)85400-I.
Zhong X., Feng Y., Knoll W., Han M. Alloyed ZnxCd1-xS Nanocrystals with Highly Narrow Luminescence Spectral Width. J. Am. Chem. Soc. 2003. Vol. 125. P. 13559–13563. https://doi.org/10.1021/ja036683a.
Tkach M.V., Makhanets O.M., Prots I.V. Properties of Phonon, Electron and Hole Spectra in Some Cylindrical Nanoheterosystems. Ukr. J. Phys. 2001. Vol. 4646. P. 727–734.
Boichuk, V.I., Borusevych, V.A., Shevchuk, I.S. Electronic polaron of the AlN/GaN/AlN double nanoheterostructure of hexagonal symmetry crystals. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2008. Vol. 10. P. 1357–1364.
Matos-Abiague A., Rodríguez-Suárez R.L. Spin-orbit coupling mediated spin torque in a single ferromagnetic layer. Phys. Rev. B. 2009. Vol. 80. P. 094424–094430. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.094424.
Sun K.W., Huang C.L., Huang G.B., Lee H.C. Inter- and intra-subband relaxation of hot electrons in GaAs/AlGaAs quantum wells. Solid St. Communication. 2003. Vol. 126. P. 519-522. https://doi.org/10.1016/S0038-1098(03)00235-7.
H¨ohberger E. M., Kirschbaum J., Blick R.H., Kotthaus J.P., Wegscheider W. Electron–phonon interaction in freely suspended quantum dots. Physica E. 2003. Vol. 18. P. 99–100. https://doi.org/10.1016/S1386-9477(02)01029-9.
Tkach N.V, Zharkoi V.P. Spectrum and electron-phonon interaction in a medium with a cylindrical quantum wire. Semiconductors. 1999. Vol. 33. P. 559–563.
Ипатова И.П., Маслов А.Ю., Прошина О. В. Поляронное состояние в квантовой точке для частицы с вырожденным зонным спектром. Физ. тех. полупров. 1999. Т. 33. С. 832–838.
Fomin V.M., Gladilin V.N., Devreese J.T., Pokatilov E.P., Balaban S.N., Klimin S.N. Photoluminescence of spherical quantum dots Phys. Rev. B. 1998. Vol. 57. P. 2415-2421. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.2415.
Фрисов Ю.А. Полярони. Москва : Наука, 1975. 367 с.
Bandaranyak R.J., Wen G.W., Lin J.Y., Jiang H.X., Sorensen C.M. Structural phase behavior in II–VI semiconductor nanoparticles. Appl. Phys. Lett. 1995. Vol. 67. P. 834–839. https://doi.org/10.1063/1.115458.
Angel O.Z., Alvarado‐Gil J.J., Morales R.L. Band‐gap shift in CdS semiconductor by photoacoustic spectroscopy: Evidence of a cubic to hexagonal lattice transition. Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 64. P. 291–298. https://doi.org/10.1063/1.111184.
Бир Г.В., Пикус Г.Е. Симметрия и деформационные дефекты в полупроводниках. Москва : Наука, 1972. 347 с.
Wang W., Germanenko I., El-Shall M.S. Room-Temperature Synthesis and Characterization of Nanocrystalline CdS, ZnS, and CdxZn1-xS. Chem. Mater. 2002. Vol. 14. P. 3028–3033. https://doi.org/10.1021/cm020040x.
Корбутяк Д.В., Коваленко О.В., Будзуляк С.І. Світловипромінюючі властивості квантових точок напівпровідникових сполук A2B6. УФЖ. 2012. Т.7. № 1. С. 48–95.
Корбутяк Д.В., Токарев С.В., Будзуляк С.І., Курик А.О., Кладько В.П., Поліщук Ю.О., Шевчук О.М., Ільчук Г.А., Токарев В.С. Оптичні та структурно-дефектні характеристики нанокристалів CdS:Cu і CdS:Zn, синтезованих в полімерних матрицях. Фіз. і хім. тверд. тіла. 2013. Т. 14. № 1. С. 222–227.
Fediv V.I., Rudko G.Yu., Savchuk A.I. Synthesis of Mn2+-doped CdS nanoparticles covered with different adsorptive layers and their application as biosensors. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2014. Vol. 17(1). P. 46–51.
Fediv V.I., Rudko G.Yu., Savchuk A.I. Synthesis of colloidal nanoparticles CdS:Mn in the polymer solution for biological applications. Functional materials. 2014. Vol. 21(2). P. 220–225.
Li Y., Huang F., Zhang Q., Gu Z. Solvothermal synthesis of nanocrystalline cadmium sulfide. Journal of Materials Science. 2000. Vol. 35. P. 5933–937.
Sivasubramanian V., Arora A.K., Premila M. Optical properties of CdS nanoparticles. Physica E: Low-dim. Systems and Nanostructures. 2006. Vol. 31. P. 93–98. https://doi.org/10.1016/j.physe.2005.10.001
Risbul S.H., Alivisatos A.P. Resonance Raman studies of the ground and lowest electronic excited state in CdS nanocrystals. J. Chem. Phys. 1993. Vol. 98. P. 8432–8437. https://doi.org/10.1063/1.464501.
Schmitt-Rink S., Miller D.A.B., Chemla D.S. Theory of the linear and nonlinear optical properties of semiconductor microcrystallites. Phys. Rev. B. 1987. Vol. 35. P. 8113–8120. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.35.8113.
Scamarcio G., Spagnolo V., Venturi G., Lugará M., Righini G.C. Size dependence of electron-LO-phonon coupling in semiconductor nanocrystals. Phys. Rev. B. 1995. Vol. 53., No 15-16. P. R10489-R10492. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.53.R10489.
Hayashi S., Sando H., Agata M., Yamamoto Y. Resonant Raman scattering from ZnTe microcrystals: Evidence for quantum size effects. Phys. Rev. B. 1989. Vol. 40. P. 5544–5549. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.40.5544.
Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н. Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках. Санкт-Петербург: Издательство «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константиновна РАН», 1997. 256 c.
Baldereshi A., Lipari N.O. Spherical model of shallow acceptor states in semiconductors. Phys. Rev. B. 1973. Vol. 8. P. 2697-2709.
Moskalenko A.S., Berakdar J., and other. Single-particle states in spherical Si/SiO2 quantum dots. Phys. Rev. B. 2007. Vol. 76(8). P. 085427-085427.
Sirenko Yu.M., Jeon J.-B., Kim K.W., Littlejohn M. A., Stroscio M.A. Envelope-function formalism for valence bands in wurtzite quantum wells. Phys. Rev. B. 1997. Vol. 53. P. 3456-3461.
Xia J. -B., Li J. Electronic structure of quantum spheres with wurtzite structure. Phys. Rev. B. 1999. Vol. 60. P. 11540-1999.
Lawaetz P. Valence-Band Parameters in Cubic Semiconductors. Phys. Rev. B. 1971. Vol. 4. P. 3460-3471.
Давыдов А.С. Теория твердого тела. Москва : Наука. 1976. 431 с.
Ткач М, Сеті Ю., Войцехівська О. Квазічастинки у наногетеросистемах. Квантові точки та дроти. Чернівці : Книги-ХХІ. 2015. 386 с.
Huang K., Rhys A. Theory of Light Absorption and Non-Radiative Transitions in F-Centers. Proc. R. Soc. Lond. 1951. Vol. 204. P. 406–429.
